套管式换热器图片版
自制简易换热器换热面积的计算——化工原理
简易换热器换热面积的计算问题的提出：工艺流程图逆流套管式换热器冷凝器为柱形，总体积为５升，总长４００ｍｍ，内置直径为１４ｍｍ的细直管。
物料为二甲苯携水蒸汽进管层（１４０－２１０摄氏度），冷却循环水（２５摄氏度）进壳层，最终收得２．７公斤的水，采用１．２公斤的二甲苯参与反应，大概持续时间为９个小时。
设备材质为３０４，无污垢层。
套管冷凝器：内管直径为14mm(最好有壁厚，没有也影响不大)外管直径125mm管长 400mm套管环隙走循环水，水温: 25度管内走二甲苯和水混合蒸汽：140-230度；蒸汽量为：2.7Kg水+1.2公斤二甲苯（6~9个小时）首先我想知道目前这个冷凝器设计的换热面积够不够？新冷凝器如何设计才合适？已知条件：1、二甲苯蒸气流量：1.2Kg/(6*3600)s ；潜热为 360[kj/kg]；水蒸气流量为:2.7 Kg/(6*3600)s;（甲苯水蒸气流经时间为6h ）2、进口温度230℃，出口蒸汽为100℃（假设水蒸汽已经完全冷却为液态水）；3、冷却水进口温度为25℃，水的比热为4.18[KJ/kg ℃]；4、二甲苯水蒸汽冷凝给热系数为10000[w/ m 2℃]；5、冷却水壳层流速为1m/s ，对流传热系数为1000[w/m 2℃]；6、查表得1atm,230℃水蒸气焓值为，2934.05KJ/Kg ，100℃水蒸气焓值为2646KJ/Kg ，100℃水的汽化潜热为2257.6KJ/Kg ；解：求传热面积A剖析冷凝过程：在230℃-140℃，二甲苯为气相，冷凝传热系数50[w/ m 2℃]，此过程传热为两个状态下蒸汽的焓值之差。
潜热为360[kj/kg]，,Q Cm t C ∆1＝其中为二甲苯比热容。
同样水蒸气过程：在230℃-100℃，水为气相，冷凝传热系数100[w/ m 2℃]，此过程传热为两个状态下蒸汽的焓值之差。
潜热为2257.6KJ/Kg 100℃气体-100℃液体此过程传热为汽化潜热，潜热为2257.6KJ/Kg 。
换热器分类
与沉浸式相比较，喷淋式蛇管换 热器主要优点是管外流体的传热 系数大，且便于检修和清洗。其 缺点是体积庞大，占地面积大， 冷却水用量较大，有时喷淋效果 不够理想
该换热器是一种流体在逃管的内管中流 动，另一种流体在外管与内管之间的通 道中流动，从而进行热量交换的设备。 内管的壁面是传热面。套管式换热器以 适宜长度（4到6米）的套管为单位，通 过增减套管的连接数目能够改变传热面 积。套管内的冷热流体可同向流动（并 流）；但一般采用两流体相反方向的的 逆流流动。流体中通常选择α值较大的流 体走套管环隙。如果由于条件限制或其 他的理由，必须使用α值较小的流体走套 管环隙时，为增大内管侧的传热面积， 也可使用图（2）翅片管为传热管。 对于流体流量较小或高压流体的场合大 多使用
横 向 壳体、管板、管束、顶盖（封头） 、挡板 纵 向
列 管 式 换 热 器
固定管板式换热器 U型管换热器
浮头式换热器
填料函式换热器
夹套式换热器
属于间壁式换热器的一种，在容器外壁安装夹套制成,结构 简单;但其加热面受容器壁面限制,传热系数也不高.为提高传 热系数且使釜内液体受热均匀,可在釜内安装搅拌器.当夹套 中通入冷却水或无相变的加热剂时,亦可在夹套中设置螺旋 隔板或其它增加湍动的措施,以提高夹套一侧的给热系数.为 补充传热面不足,也可在釜内部安装蛇管. 夹套式换热器广泛 用于反应过程的加热和冷却。 结构：主要用于反应过程的加热或冷却，是在容器外壁安装 夹套制成。 优点：结构简单。缺点：传热面受容器壁面限制，传热系数 小。为提高传热系数且使釜内液体受热均匀，可在釜内安 装搅拌器。也可在釜内安装蛇管。
套管式换热器
列管式换热器
列管式换热器是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换 热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等 组成。所需材质 ，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢 制作。在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入， 在管流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出， 这称为壳程列管式换热器。
换热器设计计算
污垢热阻的大致数值
流体种类
水(u<1m/s, t<50℃) 海水 河水 井水 蒸馏水
锅炉给水 未处理的凉水塔用水 经处理的凉水塔用水 多泥沙的水
盐水
污垢热阻 m2·℃/W
0.0001 0.0006 0.00058 0.0001 0.00026 0.00058 0.00026 0.0006 0.0004
校核性热计算 针对现成的换热器，其目的在于确定流体 的出 口温度
因此： 设计型——已知任务设备 操作型——已知一定设备预测、调节结果
1、设计型计算的命题
给定生产任务：ṁ1，T1T2(or ṁ2，t1t2) 选择工艺条件：t1，t2 计算目的：换热器传热面积A（管子规格，根数）；ṁ2 特点：结果的非唯一性。
换热器设计计算
5.1 换热器类型
换热器类型 按结构分为
间壁式
套管式 交 壳 板叉 管 式流 式(换管热壳器式)管 管 板翅 束 翅式 式 式
螺旋板式
夹套式
混合式
蓄热式
按用途分为：加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸器
蓄热器（蓄能器）
（一）间壁式换热器 一、套管式换热器
二 、管壳式换热器
2、设计计算公式：
质量衡算：ṁ1
ṁ2
ṁn = ?
dn = ?
热量衡算： Q = ṁ1Cp1(T1 - T2) = ṁ2Cp2(t2 - t1)
传热速率式： Q = KAtm
注意： 计算单位要统一
➢ 热量：由于温差的存在会导致能量的交换。 该交换过程称为热交换或热传递。 热量的国际单位：焦耳（J）或常用单位：卡（cal）。 换算关系：1cal=4.19J
（对数平均数）
Δt1 Δt2 ln Δt1
换热器基础知识
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隔板：增加管程数，提高管内流体流 速。流速增加，传热效率提高；但流 动的阻力也同时增加。
折流板：提高壳程流体的流速和湍 动 程度。
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带膨胀节的固定管板式换热器结构图
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(2)浮头式换热器：
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浮头式换热器结构图
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套管式换热器
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套管式换热器的特点：
优点：结构简单，拆装方便，灵活性 大
管径可大可小，程数可增可减。 缺点：接头多, 易漏，金属用量大。
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2.列管式换热器
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(1)固定管板式换热器：
两端管板固定。
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固定管板式换热器结构图
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固定管板式换热器的特点：
优点：结构相对简单，应用广泛。
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翅片管结构示意图：
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翅片的作用：增加传热面积及管外流 体的湍动程度。
风机：提高空气流速。
空气冷却器的特点： 优点：省水。 缺点：设备庞大，消耗动力。
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(6)板式换热器：
由传热板片、 密封垫片和压 紧装置组成。
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板式换热器板片
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板式换热器工作原理示意图
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板式换热器的特点：
优点：传热效率高。 缺点：承受压力低。
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(7)螺旋板式换热器：
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螺旋板换热器工作原理示意图
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(8)热管换热器
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换热器分类
换热器分类一. 夹套式换热器结构如图所示。
夹套空间是加热介质和冷却介质的通路。
这种换热器主要用于反应过程的加热或冷却。
当用蒸汽进行加热时，蒸汽上部接管进入夹套，冷凝水由下部接管流出。
作为冷却器时，冷却介质（如冷却水）由夹套下部接管进入，由上部接管流出。
夹套式换热器结构简单，但由于其加热面受容器壁面限制，传热面较小，且传热系数不高。
二.喷淋式换热器喷淋式换热器的结构与操作如下图所示。
这种换热器多用作冷却器。
热流体在管内自下而上流动，冷水由最上面的淋水管流出，均匀地分布在蛇管上，并沿其表面呈膜状自上而下流下，最后流入水槽排出。
喷淋式换热器常置于室外空气流通处。
冷却水在空气中汽化亦可带走部分热量，增强冷却效果。
其优点是便于检修，传热效果较好。
缺点是喷淋不易均匀。
三.套管式换热器套管式换热器的基本部件由直径不同的直管按同轴线相Array暗幕套组合而成。
内管用180Сざ任?～6m。
若管子太长，管中间会向下弯曲，使环隙中的流体分布不均匀。
套管换热器的优点是构造简单，内管能耐高压，传热面积可根据需要增减，适当选择两管的管径，两流体皆可获得适宜的流速，且两流体可作严格逆流。
其缺点是管间接头较多，接头处易泄漏，单位换热器体积具有的传热面积较小。
故适用于流量不大、传热面积要求不大但压强要求较高的场合。
四.管壳式换热器1.固定管板式结构如图所示。
管子两端与管板的连接方式可用焊接法或胀接法固定。
壳体则同管板焊接。
从而管束、管板与壳体成为一个不可拆的整体。
这就是固定管板式名称的由来。
折流板主要是圆缺形与盘环形两种，其结构如图所示。
操作时，管壁温度是由管程与壳程流体共同控制的，而壳壁温度只与壳程流体有关，与管程流体无关。
管壁与壳壁温度不同，二者线膨胀不同，又因整体是固定结构，必产生热应力。
热应力大时可能使管子压弯或把管子从管板处拉脱。
所以当热、冷流体间温差超过50℃时应有减小热应力的措施，称“热补偿”。
固定管板式列管换热器常用“膨胀节”结构进行热补偿。
第四节 其它形式换热器简介
有相变化传热： 蒸气冷凝 ： 1）滴状冷凝， 2）不凝气体排放， 3）气液流向一致 ， 4）合理布置冷凝面， 5）利用表面张力 （沟槽 ，金属丝） 液体沸腾： 1）保持核状沸腾， 2） 制造人工表面，增加汽化核心数。 ◎ 提高传热推动力 加热蒸汽P ， ◎ 改变传热面积A 关于传热面积A的改变，不以增加换热器台数，改变换热器的 尺寸来加大传热面积A，而是通过对传热面的改造，如开槽及加翅 片、以不同异形管代替光滑圆管等措施来加大传热面积以强化传热 过程。
易结垢的流体
例.空气冷却器：
翅片管结构示意图：
增加传热面积及管外流体 翅片的作用： 的湍动程度。
风机：提高空气流速。 空气冷却器的特点：
优点：省水。 缺点：设备庞大，消耗动力。
壳程强化传热
改变管子外形或 在管子外加翅片 采用新型折 流板结构 采用折流杆代替 折流板 壳程分程
强化管式换热器：
1、介质多种多样，工作 条件各不相同。
余 热 锅 炉 的 特 点
2、应特别考虑防腐、防尘、 磨损等问题。
3、热负荷波动会影响余热 锅炉的操作稳定性。 4、工作条件苛刻，结构、 材料等方面要求高。
5、余热锅炉工作情况的变化 会影响到生产操作的稳定性。
余热锅炉的结构形式
管壳式余热锅炉 烟道式余热锅炉 釜式 列管式 盘管式
10.2MPa 汽水混合 物
高温转化 气主线
副线
汽水混合物
加冷却水
高温水煤气
气化炉
烟 道 式 锅 炉
7 热管换热器
热管换热器工作原理示意图
热管是一种新型高效的传热元件， 具有其他换热器不能比拟的优点。 石油化工厂，常用作加热炉的空气 预热器。
传热强化技术
传热方程式
管壳式热交换器(PPT课件)
管外纵流条件下，管外传热系数为光管的1.6倍.
传递热量相同，泵功率相同，取代光管，节约材 料30%-50%
螺旋槽
主要用于强化管内气体或液体的传热，强化管内液
体的沸腾或管内外蒸气的冷凝，管内传热系数为光管 传热系数的1.5-2.0倍；管外传热系数为光管传热系数 的1.5倍.
缩放管
波纹管
波纹管优点
（4）填料函式换热器
填料函式换热器 1.纵向隔板；2.浮动管板；3.活套法兰；4.部分剪切环；5.填 料压盖；6.填料；7.填料函
填料函式密封
缺点：填料处易泄漏。 优点：结构简单，加工制造方便，造价低，管内和管
间清洗方便 适用场合：4MPa 以下，且不适用于易挥发、易燃、易 爆、有毒及贵重介质，使用温度受填料的物性限制。
带膨胀节的固定管板式换热器 图7-3 带补偿器的固定管板式换热器
（2） U形管式换热器
U形管式换热器 1.中间挡板；2.U形换热管；3.排气口；4.防冲板；5.分程隔板
U形管式换热器
U型管式换热器 图7-6 U形管式换热器 优点：结构简单，价格便宜，承受能力强，不会产生热应力。 缺点：布板少，管板利用率低，管子坏时不易更换。 适用场合：特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、 腐蚀性大的物料。
第二章 管壳式热交换器
间壁式热交换器
管式热交换器
管壳式、套管式、螺旋管式等
板式热交换器
延伸表面热交换器
蓄热式热交换器
管壳式换热器
2.1 管壳式换热器的分类
基本类型 固定管板式换热器
U形管式换热器 浮头式换热器 填料函式换热器
（1）固定管板式换热器
换热器(1)
第七节换热器换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
根据冷、热流体热量交换的原理和方式换热器基本上可分为三大类，即间壁式、混和式和蓄热式。
其中间壁式换热器应用最多，以下仅讨论此类换热器。
4-7-1 间壁式换热器的类型传统的间壁式换热器以夹套式和管式换热器为主，管式换热器结构不紧凑；单位换热容积所提供的传热面积小。
随着工业的发展，出现了一些高效紧凑的换热器，如板式和强化管式换热器。
一、管式换热器（一）蛇管换热器蛇管换热器分为两种，一种是沉浸式，另一种是喷淋式。
1．沉浸式蛇管换热器这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状（如图4-35）并沉浸在容器内的液体中。
蛇管换热器的优点是结构简单，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造；其缺点是容器内液体湍动程度低，管外对流传热系数小。
为提高总传热系数，容器内可安装搅拌器。
2．喷淋式蛇管换热器这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，如图4-36，热流体在管内流动，冷却水从上方喷淋装置均匀淋下，故也称喷淋式冷却器。
喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜，管外对流传热系数较沉浸式增大很多。
另外，这种换热器大多放置在空气流通之处，冷却水的蒸发亦可带走一部分热量，可起到降低冷却水温度、增大传热推动力的作用。
因此，和沉浸式相比，喷淋式换热器的传热效果大为改善。
（二）套管式换热器套管式换热器系用管件将两种尺寸不同的标准管连接成为同心圆的套管，然后用180°的回弯管将多段套管串联而成，如图4-37所示。
每一段套管称为一程，程数可根据传热要求而增减。
每程的有效长度为4~6m，若管子太长，管中间会向下弯曲，使环形中的流体分布不均匀。
图4-35 蛇管的形状图4-36 喷淋式换热器1―弯管2―循环泵3―控制阀图4-37 套管式换热器套管换热器结构简单，能承受高压，应用方便（可根据需要增减管段数目）。
特别是由于套管换热器同时具备总传热系数大、传热推动力大及能够承受高压强的优点，在超高压生产过程（例如操作压力为300MPa的高压聚乙烯生产过程）中所用的换热器几乎全部是套管式。
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本套管式杀菌机主要由四层套管式或（多管）换热. 器、无级变速输送泵、保持器
气体从塔顶部进入,在环隙中 沿塔壁而下,经换热器壳程后 到分气盒,分散到各双套管
采用美国最先进的双螺旋高效套管换热器 采用高效套管换热器，高效稳定。
按传热面的结构形式，间壁式
换热器又分为管式换热器
套管式蓄热单元的换热面形
通过对空气-水蒸气简单套管换 热器的实验
套管式换热器不易结垢，并减小 电耗，从而降低运行成本
家用热水器
融合使用
壳管式和套管式 换热器双结合， 换热能力更优秀， 能效比更高。
▪ 列管式与套管式换热器的融合使用
▪ 特点：1、改善了设备换热性
▪
2、曾抢了设备竞争力
▪
3、开辟了新的换热理论
▪
4、对板式换热技术的进一步发展有
很好 较差一般结构 清来自 结构简单 难清洗 简单
简单
简单
简单
不易清洗 简单
内：易清洗 外：难清洗
简单
易清洗 简单
紧凑
易清 洗 紧凑
紧凑 不易清洗 紧凑
紧凑、 紧凑 复杂
简单坚固
难清 洗
紧凑
不易清洗 不易清洗
紧凑
简单坚固
国内主要生产厂家
▪ 上海日泰医药设备工程有限公司
The End！
从表1可以看出,二者相比差别明显,套管式热管换热器比常规重力式热管换热器 在传热效率、节省材料等方面都有很大优势。
各种不同的套管式换热器
▪ 水冷柜机专用套管换热器
双氟单水回路套 管换热器
垂直套管式土壤换热器埋管方式
小型箱式地能热泵机组配备一/两台全 封闭涡旋压缩机、套管式换热器、名 牌元器件
GDRL-n型封闭 叠加式热风冲 天炉具有“三 个高效换热 器”、“叠加 式供风”、 “自动加料
▪
促进作用
▪
5、拓宽了换热设备的应用领域
▪
6、有利于理想型换热器的研究与探索
套管式换热器的现状与发展
各种换热器间的对比
换热器 夹套式
性能
传热系数 一般
套管式
较大
蛇管式
沉浸式
较小
喷淋式
较大
板式 翅片管式 板翅 螺旋板 列管式 式式
较高 较高
较高 较高
较高
耐压性 ≦0.5Mpa 好
好
好 较差 一般
THE TUBULAR EXCHANGER MANUFACTURERS ASSOCIATION
原理
优缺点
应用实例1
某化工有限公司系统改造及二期工程中,集中回收2 610 m间歇煤气炉煤气余 热的回收省煤器设计采用了套管式热管(现已投入运行7台)。套管式热管(无翅片光管)与 常规重力式热管(无翅片光管)的设计对比如表1。